英飞凌中小功率无线充电发射方案及高功率密度充电器方案简介

2022年11月11日，2022世界无线充电大会（World Wireless Charging Conference，简称WWCC）在南昌绿地国际博览中心成功举办。在此次大会上，邀请了多位相关行业的知名企业代表进行演讲，进行全方位的展示与现场面对面的交流，以推动电子行业的跨界融合和多方互动。

英飞凌AMG应用市场经理 谈路坦发表了《英飞凌中小功率无线充电发射方案及高功率密度充电器方案简介》为主题的演讲。

谈路坦此次演讲介绍英飞凌在无线充电发射端的完整解决方案，以及在高功率密度充电器中的电源芯片方案和器件介绍。英飞凌在大会上的分享分为两个部分，第一部分是英飞凌中小功率无线充电发射方案，第二部分是高功率密度充电器方案简介。首先是英飞凌中小功率无线充电发射方案的介绍。无线充电按照技术路线，大概分为三种类型。第一种为电磁感应，第二种是电磁谐振，第三种事无线电波。三种路线都有相应的标准和组织在推进，推进市场应用及标准化。电磁感应是Qi标准，在消费电子方面已经相当普及。第二种是谐振，采用磁共振技术路线。第三种NFC无线充电推进了超小功率段的无线充电，满足手写笔和可穿戴设备的充电。在无线充电方面，Qi的电磁感应方式是最流行和普及的，在消费类产品中，年复合增长率已经达到了22%，在工业和汽车方面也有50%的年复合增长率。目前来看，电磁感应技术路线，占据了主流。在可预见的将来，遵循Qi标准的发射端和接收端的数量将会非常庞大，接收端在未来5年可能会达到10亿级的规模，发射端也会去到4到5亿的级别。无线充电是一个非常有生命力的市场。无线充电覆盖的范围不断增大，对产品和方案的要求也越来越多，需要完整化，需要系统级解决方案，提升兼容性，软件方面配置灵活。英飞凌借助功率器件和芯片生产制造和软件算法方面经验，推出了从芯片到方案到软件一条龙的无线充电解决方案，芯片包括无线充电主控，加密芯片，功率器件，电源前级和次级控制器以及协议芯片等等，覆盖整个系统的应用。图中无线充电框图介绍，左侧为发射端，右侧为接收端。输入的直流电源通过PWM控制，由功率全桥将直流电转换为交流电，透过发射线圈输出。在接收端交变磁场产生感应电流，感应电流通过整流和稳压之后输出给电池充电。英飞凌推出了一款集成的系统级无线充电主控芯片，WLC1115将传统无线充电主控外置的降压电路，协议芯片，驱动等集成到芯片内部，大大简化外围电路。WLC1115已经获得Qi 1.3.2认证，芯片内部集成USB-PD控制器，集成Buck降压电路，内部集成栅极驱动器，外围元件很少。芯片支持105℃宽温场景，支持单芯片15W无线充电。英飞凌展出了基于WLC1115的15W无线充电发射方案，已经拿到了Qi 1.3.2 EPP 15W证书。主控和加密芯片以及功率器件等均由英飞凌提供，峰值效率可达到83%。英飞凌还推出了50W高功率私有协议的无线充电方案，相比15W方案增添了风扇和电机驱动，用于散热。WLC1250是一款支持USB PD协议和Qi以及私有协议的无线充电主控。图为基于WLC1150主控芯片的50W无线充电发射方案，可兼容Qi 1.3标准，满足手机无线充电，兼容英飞凌私有高功率协议，效率可达90%以上，覆盖更多的应用范围。在2022年底，WPC Qi1.2认证窗口即将关闭，目前支持Qi 1.3无线充电的手机也已经推出，苹果也在积极参与标准制定，欧盟也立法将充电接口统一到Type-C，无线充在将来还会迎来新的发展。通过使用英飞凌的无线充电主控，可以降低开发Qi1.3的风险，缩短开发周期，高集成的SoC芯片能够降低系统成本，内置灵活的软件配置，可以定制私有充电协议。通过算法提升体验和效能。英飞凌的15W无线充电解决方案，包括用到的芯片，参考设计以及系统软件。英飞凌的私有高功率50W无线充电方案，采用WLC1150发射芯片搭配WLC1250接收芯片。在无线充电方面，英飞凌在2年前收购了赛普拉斯，赛普拉斯在USB PD方面是一个重量级的玩家，强强结合。英飞凌在USB-C行业处于领导地位，无线充电加密芯片安全等级高于行业要求，主控芯片也具有更高的集成度，功能全面。英飞凌WLC1150无线充电主控与其他竞品对比，功能和性能均处于领先位置。英飞凌高功率无线充具有高集成优势，不仅软件集成最新的USB-PD和Qi协议，硬件方面也集成升降压DC-DC和驱动级，可以做到极低的待机功率，同时具有90%的转换效率。温控方面支持配置调节。英飞凌在2022年推出了15W和50W两款无线充电芯片，年底将会发布车规级无线充电芯片。未来将发布二代无线充电芯片，二代芯片在成本和功能方面将会有更多的优化，支持更多功能。英飞凌的15W和50W两款无线充电芯片已经量产，其中15W可以满足Qi 1.3.2的要求，50W可以兼容Qi1.3和英飞凌的私有大功率协议，覆盖更多产品应用。无线充电的市场空间非常具有生命力，无线充电无限未来。可以访问英飞凌官网，了解英飞凌无线充电更多信息。下面是英飞凌高功率密度有线快充适配器方案简介。介绍分为四个方面，首先是充电器/适配器市场概况，英飞凌创新的控制器产品，英飞凌用于初级的功率开关和用于同步整流和DC-DC的功率开关。市场上需要更高功率，更小体积，方便携带，成本更低的产品。其中最重要的一点是协议和接口可以统一，无论外出还是居家，一个充电器可以满足所有的设备充电。英飞凌可以提供充电器原边的控制器，原边的功率开关，副边的同步整流控制器，协议芯片以及功率开关产品。英飞凌PAG1P是一款集成度非常高的解决方案，原边控制器可以驱动传统硅MOS和GaN。副边控制器集成了PD快充，同步整流。在高功率密度方面，英飞凌推出了XPDS2000系列产品，芯片内部集成PFC和混合反激一体，满足高性能要求。在功率开关方面，英飞凌具有600/700/800V的CoolMOS和GaN器件。同步整流针对充电器方面推出了OptiMOS5系列，耐压从40-150V，匹配PD适配器应用。同时还推出了100V耐压的CoolGaN器件，满足300KJz以上高频应用。英飞凌对于充电器的布局，横轴代表高性价比，中高等功率密度和超高功率密度。功率段从30W-240W均有相应的解决方案。英飞凌XDPS2221原边控制器集成PFC，具有较低的系统成本，对于工程师来说易于开发。在原边功率开关方面，CoolMOS P7系列，主打高性价比，软开关方面为PFD7，进一步降低开关损耗。CoolMOS P7的导阻随温度变化显著下降，并采用齐纳管对栅极电压进行钳位，提高器件可靠性。PFD7系列显著降低了软开关的开关损耗，体二极管反向恢复也得到显著改善。英飞凌介绍功率器件这方面的独特的理解，其中DPAK属于在充电器中常用的封装，针对DPAK封装，英飞凌推出了SOT223封装，性能接近TO252封装，成本进一步降低，适合对于成本敏感的用户。在DPAK焊盘上直接焊接SOT223封装的器件，温度变化不明显。通过增加覆铜面积，可以实现同等温升。在DPAK封装方面，针对充电器的薄型化，推出了ThinPAK5*6和ThinPAK8*8封装，进一步减小了器件的占板面积，提升充电器的功率密度。左下角图片为DPAK封装和ThinPAK8*8封装的外壳温度对比，ThinPAK8*8封装的散热间隙相比DPAK更大，温度扩散不明显，降低了外壳温度，提升了消费者体验。下面以800V耐压的CoolMOS P7系列器件为例，从TO247，TO220封装，到主推的223封装和Thin封装，英飞凌具有全面的功率MOS封装。对于GaN器件，英飞凌有独特的理解，GaN的使用难点在于控制部分，英飞凌的驱动器与传统硅MOS驱动相似，具备负压关断。至于动态内阻，英飞凌的GaN器件，在400V以后变化不明显，提升了系统的可靠性和稳定性。对于功率器件和功率开关来说，英飞凌的标准是高于JEDEC标准的，在JEDEC标准上，还会进行芯片级别的优化和测试。英飞凌CoolGaN系列器件具备400V和600V耐压，提供多种导阻和封装，其中DFN8*8和ThinPaK5*6封装适合于适配器和快充应用。英飞凌还推出了内置驱动器的合封产品，包括单管合封和半桥合封，提供QFN6*8和QFN8*8封装，非常适合图腾柱PFC，ACF，LLC谐振应用，适合搭配DSP或者MCU使用。英飞凌具备非常全面的同步整流MOS管，耐压从40V-150V均有产品覆盖，专为充电器和消费市场打造，产能充沛。英飞凌还推出了2*2mm封装的MOS管，导阻只有2.4mΩ。特别值得一提的是100V耐压的CoolGaN同步整流管，并已应用到120W适配器方案中。内部芯片与铜框架直接连接，降低导阻，支持高频应用。对比使用CoolGaN和CoolMOS的使用，在一款65W的ACF参考设计为例，CoolGaN器件相比传统硅MOS，温升下降10度，控制器温升下降14度，温度改善非常明显。
在有线快充方面，英飞凌可以提供45W-240W各个功率段的完整解决方案，并具备高集成的初级和次级控制器，功率MOS，同步整流管以及先进的封装，GaN器件具有高稳定性，可靠性和集成度，并在中高功率段具有显著的功率密度优势。

充电头网总结

在2022世界无线充电大会上，英飞凌介绍了无线充电产品和高功率密度充电器方案，英飞凌能够一站式提供无线充电器和高功率密度充电器的全部器件，实现从器件到软件的一站式供应，带来可靠富有竞争力的解决方案。
英飞凌推出了Qi1.3.2的15W无线充电发射方案，和支持50W私有高功率快充的无线充电方案，能够满足手机等其他设备的无线充电需求。高功率密度充电器，英飞凌能够提供从初级控制器，同步整流控制器和协议芯片，包括高压MOS和同步整流MOS。同时还介绍了集成驱动器的氮化镓合封器件以及用于同步整流的氮化镓器件，带来显著的性能提升。